Imprägnierungsverfahren

Im Bereich der Herstellung von Wellpappe spielt die Technik der Imprägnierung eine wesentliche Rolle. Es handelt sich dabei um ein zentrales Verfahren, mit dem Produkteigenschaften der Wellpappe präzise gesteuert und an die spätere Einsatzumgebung angepasst werden können. Dies stärkt das Vertrauen in das Qualitätsversprechen und unterstützt konsistente Materialkennwerte über den gesamten Lebenszyklus von Verpackungen. Unternehmen wie die Wellstar-Packaging GmbH nutzen diese Technik, um definierte Barriere- und Festigkeitsprofile reproduzierbar zu erreichen.

Im Kontext von faserbasierten Packstoffen zielt die Imprägnierung darauf ab, funktionale Barrieren und zusätzliche Widerstandsfähigkeit in die Materialstruktur einzubringen, ohne die grundlegende Aufbauweise (Deckschichten, Wellenprofil, Klebungen) zu verändern. Richtig ausgelegt, lassen sich so Feuchteaufnahme, Festigkeitskennwerte und Dauerhaftigkeit in anspruchsvollen Logistikumgebungen gezielt beeinflussen. Ergänzend wirkt die Imprägnierung als Hydrophobierung und Porensättigung, wodurch kapillare Transportwege begrenzt werden. Das Ergebnis sind stabilere Leistungswerte, geringere Schwankungen bei wechselnder relativer Luftfeuchte sowie eine verbesserte Gebrauchstauglichkeit in realen Verlade- und Lagerprozessen.

Definition: Was versteht man unter dem Imprägnierungsverfahren?

Das Imprägnierungsverfahren, umgangssprachlich oft nur als Imprägnierung bezeichnet, ist ein Prozess, bei dem ein Material insbesondere mit dem Ziel der Resistenzsteigerung gegenüber Feuchtigkeit oder Schädlingen durchdrungen wird. Bei der Herstellung von Wellpappe wird oft eine Wachs- oder Kunststoffschicht aufgetragen, welche die Pappschichten durchdringt und damit Wasser oder anderen äußeren Einflüssen standhält.

Im Gegensatz zur rein filmischen Beschichtung bildet die Imprägnierung keine ausschließlich oberflächliche Schicht, sondern dringt in die Poren und Hohlräume des Faserverbunds ein. Dadurch werden die kapillaren Transportwege für Wasser und andere Medien reduziert, was die Barrierewirkung stabiler und langlebiger machen kann. Diese Abgrenzung ist in der Praxis wichtig, da sie Einfluss auf Verarbeitbarkeit, Bedruckbarkeit und Recyclingfähigkeit hat. In der Terminologie der Papier- und Verpackungstechnik grenzt sich die Imprägnierung zudem von der internen Leimung (Sizing auf der Papiermaschine) und von Extrusions- oder Laminatbeschichtungen ab, da sie gezielt in den bestehenden Faserverbund eindringt und dessen Porosität funktional verändert.

Typische Ziele der Imprägnierung sind u. a. Feuchte- und Fettbarriere, verbesserte Nassfestigkeit, temporärer Spritzwasserschutz, erhöhte Abrieb- und Scheuerbeständigkeit sowie die Anpassung des Gleitreibwerts (Rutschhemmung) für sichere Handhabung. Ergänzend können Diffusionsbremsen für Wasserdampf und verbesserte Dimensionsstabilität (geringeres Aufquellen) erzielt werden, was die Stapelsicherheit im logistischen Einsatz unterstützt.

Erklärung des Prozesses: Wie funktioniert das Imprägnierungsverfahren?

Beim Imprägnieren werden in der Regel Wachse, Harze oder Kunststoffe verwendet. Diese Stoffe dringen in die Poren des Materials ein und verändern so die physikalischen Eigenschaften. Zunächst wird das Material erhitzt, wodurch sich die Poren öffnen und die Viskosität der Imprägnierflüssigkeit für eine definierte Penetration eingestellt wird. Anschließend wird die Imprägnierflüssigkeit auf das Material aufgetragen. Im Falle der Wellpappe ist dies das von Wellstar-Packaging GmbH verwendete Wachs oder der Kunststoff. Durch kontrollierte Abkühlung beziehungsweise Trocknung ziehen sich die Poren zusammen und der Imprägnierstoff bleibt in ihnen zurück, wodurch die Barrierefunktion und die mechanische Stabilisierung wirksam werden.

Verwendete Imprägnierstoffe

• Wachse (z. B. Paraffin- oder Pflanzenwachse): gute Wasserabweisung, begrenzte Dampfsperre, häufig für Feuchteexposition und Spritzwasser. Sie ermöglichen in der Regel eine neutrale Optik, können aber je nach Auftragsmenge den Glanzgrad und die Oberflächenenergie beeinflussen.
• Harze (z. B. Alkyd-, Acryl- oder Naturharze): einstellbare Härte, Abriebfestigkeit und chemische Beständigkeit. Harzsysteme erlauben zudem die gezielte Modifikation der Oberflächenhärte für belastungsintensive Anwendungen.
• Polymerdispersionen (wasserbasiert): feindisperse Partikel, die beim Trocknen koaleszieren; ermöglicht ein gezieltes Balanceprofil zwischen Barriere und Recyclingfreundlichkeit. Additive wie Nassfestmittel oder Wachsemulsionen können die Funktion ergänzen, ohne die Repulpierbarkeit übermäßig zu beeinträchtigen.

Verfahrenstechniken

• Tauch- und Flutverfahren: vollständige Benetzung der Oberfläche, tiefe Penetration; geeignet für hohe Barriereanforderungen. Eine nachgeschaltete Abquetschung steuert das Auftragsgewicht und reduziert Materialüberschuss.
• Walzen- oder Kalandrierauftrag: definierte Auftragsmengen, gute Prozesskontrolle, geeignet für kontinuierliche Linien. Durch Spalt- und Druckeinstellung wird eine gleichmäßige Eindringtiefe über die Fläche erzielt.
• Sprüh- oder Curtain-Coating: gleichmäßiger Film, anpassbar an Format und Flächengewicht, reduziert Materialüberschuss. Düsengeometrie, Tropfengröße und Liniengeschwindigkeit beeinflussen die Homogenität des Auftrags.

Prozessparameter

• Temperaturführung: steuert Viskosität und Eindringtiefe; zu niedrige Temperaturen reduzieren die Penetration, zu hohe erhöhen das Risiko von Überimprägnierung, Verfärbungen oder Warping.
• Auftragsmenge: bestimmt Barrieregrad und Mehrgewicht; beeinflusst Biege- und Druckfestigkeit. Das Flächengewicht (g/m²) ist für die Vergleichbarkeit zwischen Chargen zu dokumentieren.
• Trocknung/Aushärtung: sorgt für Fixierung in der Faser; unzureichende Trocknung kann zu Blocken, Geruchsbildung oder ungleichmäßiger Performance führen. Infrarot- oder Konvektionstrocknung wird je nach System kombiniert.

Nach der Imprägnierung kann eine Konditionierung erfolgen, um Restfeuchte zu stabilisieren und konstante Materialkennwerte zu sichern. In der Praxis werden Prüfkörper vor Messungen häufig klimatisiert, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Prozessbegleitend helfen Inline-Messungen (z. B. Massenzunahme, Oberflächenspannung, Temperaturprofile) und statistische Prozesskontrolle, Schwankungen frühzeitig zu erkennen und die Zielwerte für Barriere und Festigkeit einzuhalten.

Arbeitssicherheit und Umweltaspekte

Beim Umgang mit erhitzten Wachsen und reaktiven Harzsystemen sind geeignete Schutzmaßnahmen (Haut- und Hitzeschutz, Absaugung) erforderlich. Lösemittelarme oder wasserbasierte Systeme reduzieren Emissionen und Geruchsbelastungen. Die Auswahl der Imprägnierstoffe sollte unter Berücksichtigung von Regularien für Lebensmittelkontakt sowie der Anforderungen des Altpapierkreislaufs erfolgen.

Anwendungsgebiete: Wo kommt das Imprägnierungsverfahren zum Einsatz?

Ein zentraler Anwendungsbereich des Imprägnierungsverfahrens ist die Produktion von Verpackungsmaterialien. Hier hat es sich aufgrund seiner Fähigkeit, die Stabilität und Widerstandsfähigkeit der Materialien zu erhöhen, als unverzichtbar erwiesen. So können etwa Kartons für den Versand von Waren effektiv gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit geschützt werden. Aber auch in der Lebensmittelindustrie kommt das Verfahren zur Vermeidung von Kontaminationen durch Bakterien oder Schimmel zum Einsatz.

Weitere praxisrelevante Einsatzfelder sind feuchte Lagerbereiche, Kühlkettenlogistik mit Kondensationseinflüssen, öl- oder fetthaltige Füllgüter, staubige oder abrasive Umgebungen sowie Mehrwegkreisläufe, in denen eine erhöhte Nass- und Kantenfestigkeit gefordert ist. Für direkte und indirekte Lebensmittelberührung werden häufig migrationsarme, wasserbasierte Systeme eingesetzt, die die gesetzlichen Rahmenbedingungen und sensorische Anforderungen unterstützen. Beispiele sind Obst- und Gemüseverpackungen im Nassbereich, Versandkartons für Chemikalien im gesicherten Sekundärkontakt sowie Transportverpackungen in Kühlräumen mit wechselnden Klimaprofilen.

Im technischen Versand kann die Imprägnierung die Dimensionsstabilität bei wechselnder relativer Luftfeuchte verbessern und so die Stapelfähigkeit erhalten. In Kombination mit geeigneter Konstruktion (z. B. Wellenprofil, Flächengewicht, Klebung) lassen sich Zielwerte für BCT/ECT auch unter Feuchtebelastung stabil halten. Zudem kann die Anpassung des Gleitreibwerts (COF) das Rutschverhalten auf Fördertechnik und Paletten optimieren und Transportschäden reduzieren.

Vor- und Nachteile des Imprägnierungsverfahrens

Die Vorteile des Imprägnierungsverfahrens sind vielfältig. Sie umfassen unter anderem eine verbesserte Wasserresistenz, eine höhere mechanische Festigkeit und eine erhöhte Lebensdauer des Materials. Ein weiterer Pluspunkt ist die Möglichkeit, durch gezielte Auswahl des Imprägnierstoffes spezifische Eigenschaften des Materials zu erzeugen. So können beispielsweise antibakterielle oder fungizide Stoffe aufgetragen werden. Die Nachteile betreffen vor allem die Kosten: Je nach Art und Menge des verwendeten Imprägnierstoffes kann das Verfahren kostenintensiv sein. Zudem kann es bei unsachgemäßer Anwendung zu Problemen führen, wenn beispielsweise der Imprägnierstoff nicht vollständig in die Poren eindringt.

• Vorteile im Überblick: verbesserte Feuchte- und Fettbarriere, erhöhte Nassfestigkeit, gezielte Anpassung von Gleitreibwert und Abrieb, robustere Performance in wechselnden Klimabedingungen. Zusätzlich sind stabilere ECT-/BCT-Werte unter Feuchteeinfluss und eine reduzierte Kantenaufschwellung erreichbar.
• Potenzielle Nachteile: Mehraufwand in Prozessführung, mögliches Mehrgewicht, Auswirkungen auf Bedruckbarkeit und Verklebung, Anpassungsbedarf bei Weiterverarbeitung (Rillen, Stanzen, Falzen). Bei überhöhtem Auftrag kann es zu spröderem Materialverhalten, ungleichmäßiger Optik oder Blockneigung kommen.
• Recyclingaspekte: Je nach System kann die Repulpierbarkeit beeinflusst werden. Wasserbasierte und wachshaltige Systeme werden häufig so ausgelegt, dass sie trenn- oder dispergierbar bleiben; die konkrete Eignung ist fallweise zu prüfen. Eine enge Abstimmung mit Anforderungen des Papierkreislaufs unterstützt die Materialrückführung.

Qualitätssicherung und Prüfverfahren

Zur Beurteilung der Wirksamkeit werden standardisierte Prüfungen eingesetzt. Üblich sind Wasseraufnahmetests (z. B. Cobb60 auf Deckenpapieren), Kanten- und Flächenstauchwerte (ECT/BCT) im klimatisierten Zustand sowie Abrieb- und Gleitreibwertmessungen. Ergänzend können Migrationstests für Lebensmittelkontaktmaterialien sowie Alterungssimulationen (Klimazyklustests) vorgenommen werden.

• Barriere: Reduzierte Wasseraufnahme und verzögertes Durchfeuchten unter Spritz- oder Kondenswasser. Messbar über Cobb-Werte und Durchfeuchtungszeiten in praxisnahen Expositionsszenarien.
• Mechanik: Stabilere Stapelfestigkeit bei höherer relativer Luftfeuchte. ECT (Edge Crush Test) und BCT (Box Compression Test) werden vor und nach Klimakonditionierung verglichen.
• Prozess: Konstante Auftragsmengen, gleichmäßige Durchdringung über die Fläche und definierte Trocknung. Prozessfähigkeitskennzahlen (z. B. Cp/Cpk) dokumentieren die Reproduzierbarkeit.

Zur Einordnung der Ergebnisse werden häufig Normen wie DIN EN ISO 535 (Cobb), DIN EN ISO 3037 (ECT) und DIN EN ISO 12048 (BCT) herangezogen. Für Gleitreibwerte dienen standardisierte COF-Prüfungen als Referenz. Ergänzend unterstützen sensorische Bewertungen und Geruchstests die Eignung für sensible Anwendungen.

Praxis-Hinweise für die Auslegung

Bei der Spezifikation empfiehlt sich ein abgestimmter Ansatz aus Wellenprofil, Flächengewicht, Klebstoffsystem und Imprägnierart. Wichtig sind die Zielumgebung (Temperatur, Luftfeuchte), Kontaktmedien (Wasser, Fett, Reinigungsmittel) und die geforderte Nutzungsdauer. Für passgenaue Konstruktionen spielen Formate, Wellenkombinationen und weiterführende Informationen zu praxisrelevanten Abmessungen und Toleranzen eine Rolle, da Auftrag und Eindringtiefe mit Dicke und Faserstruktur korrelieren.

In der Weiterverarbeitung sollten Rillen, Stanzen und eventuelle Perforationen an den veränderten Werkstoffzustand angepasst werden, um Faserausreißer und Kantenbrüche zu vermeiden. Zudem ist die Abstimmung mit Bedruckungsverfahren und Farben relevant, da hydrophobe Oberflächen das Benetzungsverhalten beeinflussen können. Eine differenzierte Vorbehandlung (z. B. Koronavorbehandlung bei bestimmten Systemen) und die Prüfung der Haftung zwischen Farbsystem und Oberfläche unterstützen eine stabile Druckqualität. Für die Logistik empfiehlt sich eine definierte Klimakonditionierung vor dem Versand, um Maßhaltigkeit und Stapelstabilität abzusichern.

Zusammenfassung:

• Imprägnierungsverfahren sind Veredelungsprozesse, bei denen Materialien wie Wellpappe mit speziellen Substanzen behandelt werden, um ihre Eigenschaften zu verbessern und ihren Einsatz in verschiedenen Branchen zu erweitern, insbesondere in der Verpackungsindustrie.
• Durch Imprägnierung können Wellpappverpackungen widerstandsfähiger gegen Feuchtigkeit, Fett oder Chemikalien gemacht werden. Dies ist entscheidend für den sicheren Transport und die Lagerung von Gütern, da es die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Verpackung gewährleistet.
• Mit unterschiedlichen Imprägnierungsverfahren können spezifische Eigenschaften von Verpackungsmaterialien, wie Wellpappe, maßgeschneidert werden. Dies eröffnet Unternehmen die Möglichkeit, ihre Verpackungen optimal an die Anforderungen ihrer Produkte und Prozesse anzupassen.
• Eine sorgfältige Prozessführung (Temperatur, Auftragsmenge, Trocknung) und standardisierte Prüfungen (z. B. Wasseraufnahme, ECT/BCT) sichern reproduzierbare Ergebnisse und eine passende Barriereleistung im Einsatz.
• Bei der Auswahl sind Verarbeitbarkeit, Bedruckbarkeit und Recyclingfähigkeit mitzudenken, um ein ausgewogenes Eigenschaftsprofil für die jeweilige Anwendung zu erreichen.
• Praxisorientierte Spezifikationen berücksichtigen Umgebungsbedingungen, Kontaktmedien und Nutzungsdauer; die Abstimmung mit Konstruktion, Klebstoffen und Bedruckung ist für eine robuste Performance im Feld wesentlich.